ES2326191T3 - Sistema de guia y deformacion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de guía y deformación para la fabricación de tubos soldados (12) a partir de una pieza de trabajo hecha de una banda metálica, que se compone de: - varios pares de rodillos, dispuestos uno detrás de otro en una dirección de avance de la pieza de trabajo, que forman medios para la deformación en frío y la curvatura crecientes de los bordes de la pieza de trabajo en el proceso de avance, - estando dispuestos los primeros pares de rodillos en dirección de avance de manera que actúan en el lado superior y el lado inferior de la pieza de trabajo y estando dispuestos en una zona, que está situada detrás en dirección de avance y en la que los bordes doblados forman destalonados, pares de rodillos de manera que estos actúan en los lados exteriores de los bordes curvados y crean la forma de un tubo, así como - de un dispositivo (3) de soldadura, caracterizado porque - en una zona, situada por detrás del dispositivo (3) de soldadura en dirección de avance, están dispuestos rodillos laterales (4) montados de manera flotante, mediante los que se puede apoyar la pieza de trabajo después de la soldadura hasta el enfriamiento.
Description
Sistema de guía y deformación.
La invención se refiere a un sistema de guía y
deformación para la fabricación de tubos soldados a partir de una
banda metálica, en los que los cantos de la banda (costura) se
cierran, por ejemplo, con ayuda de un láser o mediante la técnica
de alta frecuencia, así como a un procedimiento para la fabricación
de tubos soldados y al uso del sistema de guía y deformación para
la fabricación de tubos soldados.
Es conocida la fabricación de tubos soldados a
partir de una banda metálica (documento DE3529160A1). Por lo
general, la pieza de trabajo (banda metálica), disponible primero
en forma de banda, se somete en estado frío a una deformación cada
vez mayor de los bordes. Los primeros pares de rodillos en el
dispositivo de avance presentan en este caso, por ejemplo, moldes
que engranan uno con otro y que doblan la banda de modo que los
bordes curvados se encuentran algo más que en ángulo recto
respecto a la sección transversal de la banda existente hasta el
momento. En este grado de deformación, ningún rodillo portamoldes
puede engranar más en la pieza de trabajo que presenta de este modo
un destalonado y que ya se ha premoldeado parcialmente en forma de
un tubo.
Por tanto, es conocido que a partir de un grado
de deformación de este tipo se prevea en los lados exteriores
rodillos sin accionamiento que presionan aproximadamente una contra
otra las zonas, dobladas hacia arriba, de la pieza de trabajo en el
paso ulterior y completan la curvatura del tubo. Sin embargo, esto
provoca a menudo un desplazamiento de los dos bordes entre sí,
dando como resultado inhomogeneidades que se han de compensar más
tarde.
Para eliminar estas inhomogeneidades, por el
documento DE19834400C1 es conocido que el tubo parcialmente
premoldeado se tuerza en un primer trayecto de giro en
aproximadamente un cuarto de giro y que se siga deformando en esta
posición torcida durante el avance ulterior de manera que la ranura
situada entre los bordes se reduzca en el proceso de avance
ulterior. Sin embargo, las inhomogeneidades no se evitan según este
procedimiento.
Del documento DE10131461C1 se conoce una
instalación para el ensamblaje y la soldadura longitudinal de tubos
doblados a partir de chapas o similar, Las chapas o los tubos
están montados sobre rodillos.
Del documento DE3529160A1 se conoce un
dispositivo de perfilado con corredera móvil.
El documento EP0919299A2 se refiere a un
dispositivo para rebajar una costura sobresaliente de
soldadura.
En el documento WO03/047783A1 se describe un
procedimiento y un dispositivo para cambiar los rodillos en un
bastidor de soldadura de tubo.
El documento US5461896A1 describe un sistema de
guía y deformación para la fabricación de tubos soldados a partir
de una pieza de trabajo hecha de una banda metálica. Para la
fabricación del tubo soldado, la pieza de trabajo se guía en una
dirección de avance mediante el sistema de guía y deformación, en
el que varios pares de rodillos, dispuestos uno detrás de otro en
la dirección de avance, actúan con el fin de deformar en frío y
curvar de manera creciente los bordes de la pieza de trabajo en
estos y configuran así la forma de un tubo con una ranura
longitudinal abierta. La ranura longitudinal se cierra por
soldadura con un dispositivo de soldadura, Para hacer posible un
cambio de producción rápido y simplificado de tubos con un primer
diámetro a tubos con un segundo diámetro diferente, el sistema de
guía y deformación tiene una construcción modular, sustituyéndose
fácilmente en caso de un cambio de producción los módulos,
adaptados al primer diámetro de tubo, por módulos disponibles que
están adaptados al segundo diámetro de tubo.
Los tubos deformados y soldados según los
procedimientos conocidos se abren fácilmente, porque en la junta de
cristal austenítico del tubo se generan tensiones. Esto repercute
fuertemente en el caso de tubos delgados.
Por tanto, el objetivo de la presente invención
es un dispositivo para soldar tubos hechos de una banda metálica,
mediante el que se evita una abertura de los tubos. La costura de
soldadura se ha de realizar de modo que no se produzcan
prácticamente inhomogeneidades. La concepción del nuevo dispositivo
debe ser tan simple que permita un fácil manejo.
Se descubrió un sistema de guía y deformación
para la fabricación de tubos soldados a partir de una banda
metálica, que se compone de:
- \bullet
- varios pares de rodillos, dispuestos uno detrás de otro en dirección de avance de la pieza de trabajo, para la deformación en frío y la curvatura crecientes de los bordes de la pieza de trabajo en el proceso de avance,
- \bullet
- actuando los primeros pares de rodillos en el lado superior y el lado inferior de la pieza de trabajo y estando previstos en la zona, en la que los bordes doblados forman destalonados, pares de rodillos que actúan en los lados exteriores de los bordes curvados y crean la forma de un tubo, así como
- \bullet
- de un dispositivo de soldadura,
- \bullet
- apoyándose la pieza de trabajo después de la soldadura hasta el enfriamiento mediante rodillos laterales, montados de manera flotante.
Con ayuda del sistema de guía y deformación
según la invención se excluyen en gran medida inhomogeneidades del
tubo soldado. Los tubos fabricados de este modo tampoco se abren al
someterse a un esfuerzo. Se elimina un mecanizado posterior
necesario de la costura de soldadura que se conoce del documento
EP919299A2.
En una forma preferida de realización de la
presente invención, el sistema de guía de rodillos de recalcado y
el sistema de deformación de tubos ranurados para la fabricación de
tubos soldados a partir de una banda metálica puede estar compuesto
de:
- \bullet
- varios rodillos dispuestos uno detrás de otro en dirección de avance de la pieza de trabajo para la deformación en frío y la curvatura crecientes de los bordes de la pieza de trabajo en el proceso de avance, actuando los primeros pares de rodillos en el lado superior y el lado inferior de la pieza de trabajo y estando previstos en la zona, en la que los bordes doblados forman destalonados, pares de rodillos que actúan en los lados exteriores de los bordes curvados y crean una forma variable de un tubo, así como se pueden moldear individualmente, y de un dispositivo de calibración para rodillos de recalcado de soldadura, sujetándose el tubo soldado después de la soldadura hasta el enfriamiento mediante rodillos laterales montados de manera flotante, pudiéndose influir además en el tubo ranurado y en la posición correspondiente de la costura mediante un desplazamiento central hacia los 3 rodillos de recalcado, dispuestos en forma de estrella, de modo que todo el sistema de guía de tubo se puede ajustar con sólo una unidad mecánica de desplazamiento (automática por motor o manual) de manera que en principio es posible siempre un ajuste automático o también manual de la posición de la costura antes y durante el proceso de soldadura en la posición óptima de soldadura y
- \bullet
- de una guía de soplete de soldadura que se puede orientar centralmente respecto al eje del tubo con guías radiales correspondientes y que permanece también durante el guiado posterior siempre en el radio y la distancia exactamente iguales respecto al material cuando se realiza un ajuste posterior automático o manual.
Por tanto, es posible básicamente una
penetración igual del material en el tubo ranurado, con
independencia de la posición radial del sistema o del tubo
ranurado. Asimismo, la distancia entre el sistema de soldadura y el
tubo sigue siendo en principio exactamente igual, lo que se
acentúa mediante la distancia siempre igual de enfoque en especial
en la soldadura por láser altamente cualificada y muy exigente.
Esto posibilita por primera vez el uso de un proceso regulado de
soldadura en un tubo ranurado.
En el sistema de guía y deformación según la
invención, la soldadura se puede ejecutar con todos los métodos
usuales para cerrar cantos de banda (costuras) en materiales
metálicos. Se ha de mencionar en especial la soldadura de tungsteno
en gas inerte (soldadura WIG) y la soldadura por láser.
Como en todos los demás procedimientos de
soldadura de tubos, la banda plana se moldea en forma de tubo
mediante la soldadura WIG en la máquina de perfilar. En la zona de
soldar arde un arco voltaico en un recubrimiento de gas protector
de gas inerte (mezcla de argón, helio e hidrógeno o argón puro)
entre un cátodo de tungsteno no fundible y los cantos de la banda.
Para aumentar la velocidad de soldadura o en el caso de tubos de
mayor dimensión se usan varios sopletes de cátodo. Según la
aplicación se trabaja con corriente continua o alterna (documento
interno de la firma Dreistern-Werk Maschinenbau
GmbH & Co. Kg).
La ventaja más importante de la soldadura por
láser es la excelente calidad de la costura. Por lo general, la
velocidad de soldadura es incluso mayor que en la soldadura WIG,
pero la influencia del calor sobre el material del tubo es
esencialmente menor que en la soldadura WIG.
En la soldadura por láser, un rayo luminoso,
fuertemente concentrado, de luz no divergente se dirige al punto de
soldar. El rayo luminoso se origina en un resonador óptico,
compuesto de dos espejos y dos electrodos paralelos de alta
frecuencia. Toda la energía del láser se concentra en un punto de
aproximadamente 0,25 mm. Esto provoca una densidad extrema de
energía superior a 3 millones W/cm^{2}. Por lo general, en el
punto de soldar se forma un canal de vapor con gas metálico
ionizado. La temperatura es de 25.000ºC aproximadamente. Alrededor
del canal de vapor se forma una zona de fusión. La banda de chapa,
moldeada en forma de tubo, se mueve por debajo del rayo láser. De
este modo se forma una costura continua de soldadura (documento
interno de la firma Dreistern-Werk Maschinenbau
GmbH & Co. KG).
Según la presente invención, el tubo de cantos
abiertos (tubo ranurado), premoldeado de forma conocida a partir de
una banda metálica, se usa en el sistema de guía y deformación
según la invención, en el que los cantos aún abiertos se cierran
con un dispositivo de soldadura conocido.
Como bandas metálicas se han de mencionar las
bandas metálicas (coils) hechas de acero fino, chapa, cobre y
latón, preferentemente de acero fino.
Después de la soldadura, el tubo se apoya según
la invención, hasta el enfriamiento, entre dos rodillos laterales
montados de manera flotante y dispuestos en dirección de avance por
detrás del dispositivo de soldadura.
Por rodillos laterales montados de manera
flotante se ha de entender en el marco de la presente invención los
rodillos que sólo guían prácticamente el tubo sin presión y
excluyen las fuerzas de flexión y/o torsión.
Una forma preferida de realización de la
presente invención se caracteriza porque los rodillos laterales
montados de manera flotante son autocentrantes para el tubo. El
autocentrado se puede obtener mediante una forma cónica de la
superficie interior de los rodillos laterales.
Según la presente invención, la pieza de trabajo
se apoya hasta el enfriamiento mediante rodillos laterales
montados de manera flotante. Según la invención se realiza con
preferencia un enfriamiento hasta una temperatura en el intervalo
de la temperatura ambiente aproximadamente. De este modo se
contrarresta o se impide una configuración estructural dendrítica
de la masa fundida en el estado de solidificación.
En una configuración especial de la presente
invención, todos los rodillos de guía y recalcado de la pieza de
trabajo se pueden ajustar durante la deformación en frío antes de
la soldadura en dependencia del diámetro del tubo moldeado mediante
un desplazamiento central en altura y un desplazamiento central
lateral.
El desplazamiento en altura y el desplazamiento
lateral según la invención se pueden realizar de un modo conocido
mediante dispositivos mecánicos o electrónicos.
Al moldearse el tubo a partir de la banda
metálica con ayuda de los rodillos de recalcado se obtienen
fácilmente diferentes espesores del material en dependencia del
metal usado, que se pueden compensar según la invención mediante un
desplazamiento excéntrico de los rodillos de recalcado.
En una forma especial de realización de la
presente invención, los rodillos de recalcado están unidos para el
ajuste con un disco excéntrico mediante palanca.
Otra forma especial de realización de la
presente invención se refiere al ajuste del tubo moldeado en forma
de un tubo ranurado para la introducción en el dispositivo de
soldadura.
El ajuste del dispositivo de soldadura respecto
a los cantos del tubo aún abierto se puede realizar
mecánicamente.
Sin embargo, en una forma de realización
especialmente preferida en el marco de la presente invención, el
ajuste del dispositivo de soldadura respecto a los cantos del tubo
aún abierto se realiza mediante un sistema de detección de cantos
de banda. La posición del soplete de soldadura respecto a los
cantos abiertos se controla según la invención mediante el sistema
óptico de detección de banda.
Los sistemas ópticos de detección de cantos de
banda son conocidos.
Se descubrió también un procedimiento para la
fabricación de tubos soldados a partir de una banda metálica,
caracterizado porque la banda, plana inicialmente, se transforma en
frío en un tubo en varias estaciones de deformación situadas una
detrás de otra en dirección de transporte al doblarse más y más y
curvarse uno respecto a otro los bordes de la banda mediante los
rodillos de recalcado y guía, reduciéndose, así como cerrándose
definitivamente y soldándose la ranura situada entre los bordes en
el proceso ulterior de avance y deformación, realizándose un ajuste
variable en forma de estrella de la pieza de trabajo en el ángulo
de incidencia y pudiéndose desplazar además en altura los rodillos
de recalcado por separado en cada caso y también de manera
excéntrica uno contra otro.
De este modo, los cantos de banda se pueden
sujetar uno contra otro y calibrar con precisión, incluso cuando
se sueldan entre sí grosores de material o geometrías de material
diferentes. Las fuerzas de compresión en cada rodillo de recalcado
se pueden regular por separado respectivamente y controlar de forma
electrónica, eliminándose así automáticamente las no uniformidades
en las anchuras de banda con la sección transversal básica
diferente que se deriva de esto. Asimismo, es posible optimizar las
fuerzas en cada canto de la pieza de trabajo o grosor de pared
hasta lograrse un proceso óptimo de fusión, independientemente de
la técnica de soldadura usada.
El objeto de la presente invención es también el
uso de un sistema de guía o deformación para la fabricación de
tubos soldados a partir de una banda metálica.
La presente invención se puede explicar mediante
las figuras 1 a 3.
La figura 1 muestra el sistema de guía o
deformación, según la invención, desde el lateral.
La figura 1 muestra el sistema de guía o
deformación, según la invención, desde la entrada (1) del tubo
ranurado (12), a partir de la que el orificio se cierra mediante el
dispositivo (3) de soldadura. El tubo, no enfriado aún, se apoya
hasta el enfriamiento mediante los rodillos laterales (4) montados
de manera flotante. Después de enfriarse, el tubo se transporta
hacia fuera en dirección de avance a través de la salida (2).
Delante del dispositivo (3) de soldadura, el
tubo ranurado se comprime mediante el rodillo inferior (9) de
recalcado y el rodillo derecho e izquierdo (10) de recalcado.
Mediante el desplazamiento central en altura se realiza un ajuste
de los rodillos (9 y 10) de recalcado y del dispositivo (3) de
soldadura en dependencia del diámetro del tubo.
Con el sistema óptico (7) de detección de cantos
de banda se controla el desplazamiento en altura (8) del
dispositivo (3) de soldadura en dependencia de la posición
respectiva de los cantos de banda.
La guía lateral del tubo se puede ajustar
mediante un desplazamiento lateral central (6).
La figura 2 muestra el sistema de guía o
deformación, según la invención, desde la entrada (1) del tubo
ranurado (12) (vista delantera).
El tubo ranurado (12) se comprime mediante los
rodillos (9 y 10) de recalcado y los cantos abiertos se cierran con
ayuda del dispositivo (3) de soldadura. El rodillo derecho e
izquierdo (10) de recalcado se ajustan mediante el desplazamiento
central en altura (5). El desplazamiento excéntrico (14) posibilita
un ajuste preciso de los rodillos (10) de recalcado mediante las
palancas (15). El rodillo inferior (9) de recalcado permanece
constante. El rodillo izquierdo y derecho (10) de recalcado se
pueden desplazar en altura, dado el caso, por separado mediante el
desplazamiento (13).
La figura 3 muestra el sistema de guía o
deformación, según la invención, desde arriba.
La figura 3 muestra el sistema de guía o
deformación, según la invención, con la entrada (1) del tubo
ranurado, cuyos cantos se cierran mediante el dispositivo (3) de
soldadura. El tubo no enfriado aún, se apoya hasta el enfriamiento
mediante los rodillos laterales (4) montados de manera flotante.
Después de enfriarse, el tubo se transporta hacia fuera en
dirección de avance a través de la salida (2).
Mediante el desplazamiento central en altura (5)
se puede ajustar el rodillo superior derecho e izquierdo de
recalcado. Mediante el desplazamiento central lateral (6) se puede
ajustar la guía del tubo ranurado (2).
- 1
- Entrada de la banda moldeada en forma de un tubo (tubo ranurado) (1)
- 2
- Salida del tubo soldado
- 3
- Dispositivo de soldadura
- 4
- Rodillos laterales montados de manera flotante
- 5
- Desplazamiento central en altura de los rodillos (9) y (10) de recalcado y del dispositivo (3) de soldadura
- 6
- Desplazamiento lateral central de la guía del tubo
- 7
- Detección de los cantos de banda de la banda moldeada (12).
- 8
- Guía del dispositivo (3) de soldadura
- 9
- Rodillo inferior de recalcado
- 10
- Rodillo izquierdo, derecho e inferior de recalcado
- 11
- Calibración del rodillo izquierdo y derecho (10) de recalcado
- 12
- Tubo
- 13
- Desplazamiento en altura del rodillo izquierdo y derecho (10) de recalcado
- 14
- Unidad de centrado para el desplazamiento excéntrico
- 15
- Palanca para el ajuste excéntrico del rodillo izquierdo y derecho (10) de recalcado
Claims (14)
1. Sistema de guía y deformación para la
fabricación de tubos soldados (12) a partir de una pieza de trabajo
hecha de una banda metálica, que se compone de:
- \bullet
- varios pares de rodillos, dispuestos uno detrás de otro en una dirección de avance de la pieza de trabajo, que forman medios para la deformación en frío y la curvatura crecientes de los bordes de la pieza de trabajo en el proceso de avance,
- \bullet
- estando dispuestos los primeros pares de rodillos en dirección de avance de manera que actúan en el lado superior y el lado inferior de la pieza de trabajo y estando dispuestos en una zona, que está situada detrás en dirección de avance y en la que los bordes doblados forman destalonados, pares de rodillos de manera que estos actúan en los lados exteriores de los bordes curvados y crean la forma de un tubo, así como
- \bullet
- de un dispositivo (3) de soldadura,
caracterizado porque
- \bullet
- en una zona, situada por detrás del dispositivo (3) de soldadura en dirección de avance, están dispuestos rodillos laterales (4) montados de manera flotante, mediante los que se puede apoyar la pieza de trabajo después de la soldadura hasta el enfriamiento.
2. Sistema de guía y deformación según la
reivindicación 1, caracterizado porque los rodillos laterales
(4) montados de manera flotante son autocentrantes.
3. Sistema de guía y deformación según una de
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los
rodillos laterales (4) montados de manera flotante forman una zona
de enfriamiento para enfriar la pieza de trabajo a la temperatura
ambiente.
4. Sistema de guía y deformación según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque todos los
rodillos (9, 10) de guía y recalcado de la unidad de guía de
rodillos de recalcado, dispuesta delante del dispositivo de
soldadura en dirección de avance, se pueden ajustar y posicionar
mediante un control central, independientemente del diámetro del
tubo moldeado, y porque se puede influir individualmente en la
posición de la costura de la pieza de trabajo.
5. Sistema de guía y deformación según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque está
previsto un dispositivo (11, 13) de ajuste para el ajuste preciso
de los rodillos de recalcado, que comprende medios no sólo para el
ajusta central, sino también excéntrico mediante palancas (15) con
fuerzas de compresión predefinibles de rodillos individuales (9,
10).
6. Sistema de guía y deformación según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el
dispositivo (3) de soldadura se puede controlar en relación con los
cantos del tubo abierto mediante un sistema mecánico u óptico de
detección de cantos de banda (7) de manera centralizada respecto al
eje de tubo con distancias siempre iguales respecto al
material.
7. Procedimiento para la fabricación de tubos
soldados (12) a partir de una banda metálica, en el que la banda,
plana inicialmente, se transforma en frío en un tubo (12) en varias
estaciones de deformación situadas una detrás de otra en dirección
de transporte al doblarse más y más y curvarse uno respecto a otro
los bordes de la banda mediante los rodillos (9, 10) de recalcado y
guía, en el que la ranura situada entre los bordes se reduce, se
cierra definitivamente y se suelda durante el proceso ulterior de
avance y deformación, caracterizado porque la pieza de
trabajo se apoya después de la soldadura hasta el enfriamiento
mediante rodillos laterales (4) montados de manera flotante.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque los rodillos laterales (4) montados de
manera flotante son autocentrantes.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la pieza de
trabajo se apoya mediante rodillos laterales (4) montados de manera
flotante hasta el enfriamiento a la temperatura ambiente.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque todos los
rodillos (9, 10) de guía y recalcado de la pieza de trabajo se
puede ajustar mediante una unidad central de ajuste durante la
deformación en frío antes de la soldadura, independientemente del
diámetro del tubo moldeado (12).
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el ajuste de
los rodillos (9, 10) de guía y recalcado está unido mediante
palancas (15) con el desplazamiento excéntrico (14).
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la pieza de
trabajo, moldeada en forma de un tubo ranurado, se guía antes de
introducirse en el dispositivo (3) de soldadura mediante un sistema
óptico (7) de detección de cantos de banda y porque el cabezal de
soldadura y/o toda la unidad se desplazan para el centrado del tubo
ranurado y se pueden ajustar continuamente de forma completamente
electrónica o manual durante el proceso de soldadura.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la posición
del soplete de soldadura se controla mediante el sistema mecánico u
óptico (7) de detección de cantos de banda.
14. Uso de un sistema de guía o deformación
según las reivindicaciones 1 a 6 para la fabricación de tubos
soldados (12) a partir de una banda metálica.
Applications Claiming Priority (2)
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